Miljømikrobiologi gjenstand for studier og applikasjoner



den miljømikrobiologi er vitenskapen som studerer mangfoldet og funksjonen av mikroorganismer i deres naturlige miljøer og anvendelsen av deres metabolske egenskaper i bioremedieringsprosesser av forurenset jord og vann. Det er vanligvis delt inn i disipliner av: mikrobiell økologi, geomikrobiologi og bioremediering.

Mikrobiologi (Mikros: liten, bios: livet, logoer: studerer), studerer på en tverrfaglig måte en bred og mangfoldig gruppe av enscellulære mikroskopiske organismer (fra 1 til 30 μm), kun synlig gjennom det optiske mikroskop (usynlig for det menneskelige øye).

Organismer gruppert innenfor mikrobiologi er ulik i mange viktige aspekter og tilhører svært forskjellige taksonomiske kategorier. De eksisterer som isolerte eller tilknyttede celler og kan være:

  • Hovedprokaryoter (unicellulære organismer uten en definert kjernen), som eubakterier og archaebakterier.
  • Enkle eukaryoter (unicellular organismer med en definert kjernen), som gjær, filamentøse sopp, mikroalger og protozoer.
  • Virus (som ikke er cellulære, men mikroskopiske).

Mikroorganismer er i stand til å utføre alle vitale prosesser (vekst, metabolisme, og reproduksjon kraftproduksjon), uavhengig av andre celler av samme klasse eller forskjellige.

index

  • 1 Relevante mikrobielle egenskaper
    • 1.1 Samspill med det ytre miljø
    • 1.2 Metabolisme
    • 1.3 Tilpasning til svært varierte miljøer
    • 1.4 Ekstreme miljøer
    • 1.5 Extremophile mikroorganismer
  • 2 Molekylærbiologi anvendt på miljømikrobiologi
    • 2.1 Isolasjon og mikrobiell kultur
    • 2.2 Molekylærbiologi verktøy
  • 3 Områder for studier av miljømikrobiologi
    • 3.1 - Mikrobiell økologi
    • 3.2-Mikrobiologi
    • 3.3 -Biorremediering
  • 4 Anvendelser av miljømikrobiologi
  • 5 referanser

Relevante mikrobielle egenskaper

Samspill med det ytre miljø

De unicellulære organismer av fritt liv er spesielt utsatt for det ytre miljø. I tillegg har de begge en svært liten cellestørrelse (som påvirker deres morfologi og metabolske fleksibilitet), og et høyt overflate / volumforhold som genererer omfattende interaksjoner med deres miljø.

På grunn av dette er både overlevelse og mikrobiell økologisk fordeling avhengig av deres evne til å tilpasse seg fysiologisk til hyppige miljøvariasjoner.

metabolisme

Det høye overflate / volumforholdet genererer høye mikrobielle metaboliske hastigheter. Dette er relatert til den raske vekstraten og celledeling. I tillegg er det et bredt mikrobielt metabolsk mangfold i naturen.

Mikroorganismer kan betraktes som kjemiske maskiner, som forvandler ulike substanser både inne og ute. Dette skyldes sin enzymatiske aktivitet, noe som akselererer hastigheten til spesifikke kjemiske reaksjoner.

Tilpasning til svært varierte miljøer

Generelt er den mikrobielle mikrohabitat er dynamisk og heterogen med hensyn til type og mengde av næringsstoffer, og deres fysiokjemiske betingelser.

Det er mikrobielle økosystemer:

  • Terrestrisk (i bergarter og jord).
  • Akvatisk (i hav, dammer, innsjøer, elver, varme kilder, akviferer).
  • Associert med høyere organismer (planter og dyr).

Ekstreme miljøer

Mikroorganismer finnes i nesten alle miljøer på planeten Jorden, kjent eller ikke til høyere livsformer.

Miljøer med ekstreme forhold med hensyn til temperatur, salthet, pH og vanntilgjengelighet (blant andre ressurser), presentere "ekstremofile" mikroorganismer. Disse er for det meste archaea (eller archaebacteria), som danner et primært biologisk domene differensiert fra bakterier og eukarya, kalt archaea..

Extremophile mikroorganismer

Blant det brede utvalget av ekstremofile mikroorganismer er:

  • Termofiler: Den aktuelle optimale veksten ved temperaturer over 40 ° C (innbyggere av termiske kilder).
  • Psykofil: optimal vekst ved temperaturer under 20 ° C (innbyggere av steder med is).
  • Acidofilos: av optimal vekst i forhold med lav pH, nær 2 (syre). Til stede i surt termisk vann og undervanns vulkanske sprekker.
  • Halofiler: som krever høye konsentrasjoner salt (NaCl) for å vokse (som i saltlake).
  • Xerophiles: i stand til å tåle tørke, det vil si lavvannaktivitet (ørkenbefolkninger som Atacama i Chile).

Molekylærbiologi anvendt på miljømikrobiologi

Isolasjon og mikrobiell kultur

For å studere de generelle egenskapene og metabolske egenskaper til en mikroorganisme, må den være: isolert fra sitt naturlige miljø og holdt i ren kultur (fri for andre mikroorganismer) i laboratoriet.

Bare 1% av mikroorganismer som eksisterer i naturen er blitt isolert og dyrket i laboratoriet. Dette skyldes uvitenheten om deres spesifikke næringsbehov og vanskeligheten ved å simulere det store utvalget av eksisterende miljøforhold.

Molekylære biologiske verktøy

Anvendelsen av molekylærbiologi teknikker til feltet av mikrobiell økologi har gitt oss mulighet til å utforske den eksisterende mikrobielle biologiske mangfoldet, uten at det er behov for isolasjon og kultur i laboratoriet. Det har til og med lov til å identifisere mikroorganismer i deres naturlige mikrohabitater, det vil si, in situ.

Dette er spesielt viktig i studien av ekstremofile mikroorganismer, hvis optimale vekstbetingelser er komplekse å simulere i laboratoriet.

På den annen side har teknologien for rekombinant DNA med bruk av genetisk modifiserte mikroorganismer tillatt å eliminere forurensninger fra miljøet i bioremedieringsprosesser.

Områder for studier av miljømikrobiologi

Som indikert i begynnelsen inkluderer de ulike områdene av studier av miljømikrobiologi fagene mikrobiell økologi, geomikrobiologi og bioremediering.

-Mikrobiell økologi

Mikrobiell økologi sikringer mikrobiologi økologisk teori, gjennom studiet av mangfoldet av mikrobielle funksjonelle roller i sitt naturlige miljø.

Mikroorganismer representerer den største biomassen på planeten Jorden, så det er ikke overraskende at deres roller eller økologiske roller påvirker økosystemets økologiske historie.

Et eksempel på denne innflytelsen er utseendet på aerobic livsformer takket være oksygenopphopning (OR2) i den primitive atmosfæren, generert av fotosyntetisk aktivitet av cyanobakteriene.

Forskningsområder for mikrobiell økologi

Den mikrobielle økologien er transversal til alle andre mikrobiologiske disipliner, og studier:

  • Mikrobiell mangfold og evolusjonær historie.
  • Samspillet mellom mikroorganismer i en befolkning og mellom befolkninger i et samfunn.
  • Samspillet mellom mikroorganismer og planter.
  • Fytopatogener (bakteriell, sopp og virus).
  • Samspillet mellom mikroorganismer og dyr.
  • Mikrobielle samfunn, deres sammensetning og suksessprosesser.
  • Mikrobielle tilpasninger til miljøforhold.
  • Typer av mikrobielle habitater (atmo-øosfære, hydroøkosfæren, litosøkosfæren og ekstreme habitater).

-geomicrobiology

Geomicrobiology studere de terrestriske mikrobielle aktiviteter som påvirker de geologiske og geokjemiske prosesser (kretsløp).

Disse forekommer i atmosfæren, hydrosfæren og geosfæren, spesielt i miljøer som senere sedimenter, grunnvannsforekomster i kontakt med sedimentære og vulkanske bergarter og forvitret skorpe.

Det spesialiserer seg på mikroorganismer som samhandler med mineraler i sitt miljø, løser dem, transformerer dem, utfaller dem, blant andre..

Forskningsområder for geomikrobiologi

Geomikrobiologi studier:

  • Mikrobielle interaksjoner med geologiske prosesser (jorddannelse, bergbrudd, syntese og nedbrytning av mineraler og fossile brensler).
  • Dannelsen av mineraler av mikrobiell opprinnelse, enten ved nedbør eller ved oppløsning i økosystemet (for eksempel i akviferer).
  • Mikrobiell inngrep i biogeokjemiske sykluser i geosfæren.
  • Mikrobielle interaksjoner som danner uønskede klumper av mikroorganismer på en overflate (biofouling). Disse biofouling kan generere forverring av overflatene de bor i. For eksempel kan de korrodere metalloverflater (biokorrosjon).
  • Fossil bevis på samspill mellom mikroorganismer og mineraler i deres primitive miljø.

For eksempel er stromatolitter stratifiserte fossile mineralstrukturer av grunt vann. De utgjøres av karbonater, som kommer fra veggene av primitive cyanobakterier.

-bioremediation

Bioremediation studerer anvendelsen av biologiske midler (mikroorganismer og / eller enzymer og planter), i gjenvinningsprosess forurenset jord og farlig for menneskers helse og miljø stoffer vann.

Mange av de eksisterende miljøproblemene kan løses ved bruk av den mikrobielle komponenten i det globale økosystemet.

Forskningsområder for bioremediering

Bioremedieringsstudier:

  • Den mikrobielle metabolske kapasiteten som er anvendelig i prosesser med miljømessig sanitærisering.
  • Mikrobielle interaksjoner med uorganiske og xenobiotiske forurensninger (giftige syntetiske produkter, ikke generert ved naturlige biosyntetiske prosesser). Blant de mest studerte xenobiotics, er halokarboner, nitroaromater, polyklorerte bifenyler, dioksiner, alquilbencílicos ater, petroleum hydrokarboner og plantevernmidler. Blant de mest studerte uorganiske elementene finnes tungmetaller.
  • Bionedbrytbarheten av miljøgifter in situ og i laboratoriet.

Anvendelser av miljømikrobiologi

Blant flere anvendelser av denne store vitenskapen kan vi nevne:

  • Oppdagelsen av nye mikrobielle metabolske veier med potensielle anvendelser i prosesser av kommersiell verdi.
  • Rekonstruksjonen av mikrobielle fylogenetiske relasjoner.
  • Analyse av akviferer og offentlige drikkevannforsyninger.
  • Oppløsning eller utvasking (bioleaching) av metaller i mediet, for gjenvinning.
  • Biohydrometallurgi eller biomekanikk av tungmetaller, i bioremedieringsprosesser av forurensede områder.
  • Biokontroll av mikroorganismer involvert i biokorrosjon av radioaktive avfallsholdere oppløst i underjordiske akvatiske stoffer.
  • Rekonstruksjon av primitiv terrestrisk historie, paleoenmiljøet og de primitive livsformene.
  • Bygging av nyttige modeller i søket etter fossilisert liv på andre planeter, som Mars.
  • Sanering av områder forurenset med xenobiotiske eller uorganiske stoffer, som tungmetaller.

referanser

  1. Ehrlich, H. L. og Newman, D. K. (2009). Geomicrobiology. Femte utgave, CRC Press. pp 630.
  2. Malik, A. (2004). Metal bioremediering gjennom voksende celler. Miljø International, 30 (2), 261-278. doi: 10.1016 / j.envint.2003.08.001.
  3. McKinney, R. E. (2004). Miljøforurensningskontroll Mikrobiologi. M. Dekker s. 453.
  4. Prescott, L. M. (2002). Mikrobiologi. Femte utgave, McGraw-Hill Science / Engineering / Math. s. 1147.
  5. Van den Burg, B. (2003). Extremophiles som kilde til nye enzymer. Nåværende mening i mikrobiologi, 6 (3), 213-218. doi: 10,1016 / s1369-5274 (03) 00060-2.
  6. Wilson, S.C., og Jones, K.C. (1993). Bioremediering av jord forurenset med polynukleære aromatiske hydrokarboner (PAH): En gjennomgang. Miljøforurensning, 81 (3), 229-249. doi: 10,1016 / 0269-7491 (93) 90206-4.